Переносная электронная вычислительная машина
Полезная модель относится к переносным электронным вычислительным машинам (ПЭВМ) для обработки информации при управлении снарядами, ракетами в реальном масштабе времени в особо сложных условиях эксплуатации, в экстремальных ситуациях, на борту различных средств передвижения. ПЭВМ содержит корпус с откидной крышкой, где размещены композиционные элементы: жидкокристаллический дисплей, электронные функциональные блоки, панель управления с клавиатурой, интерфейсные модули, разъемы внешних соединений, аккумуляторная батарея, причем панель управления выполнена из высокотеплопроводного материала, преимущественно из алюминиевого сплава с конвективным теплообменником, образованным на наружной поверхности рядом выступающих прямоугольных ребер, эквидистантных друг другу и ориентированных вдоль боковых стенок корпуса, а внутренняя поверхность панели выполнена в виде теплового аккумулятора, образованного под ребрами прямоугольным утолщением стенки панели в (1,4÷1,6) раза сплошного в сечении материала. Теплообменник выполнен с коэффициентом увеличения площади рассеивания тепла в (3÷3,5) раза при соотношении толщины ребер к ширине впадины между ними как 1:2. Устройство ПЭВМ обеспечивает повышение надежности работы в экстремальных армейских условиях при снижении материалоемкости.
Предлагаемая полезная модель относится к переносным электронным вычислительным машинам (ПЭВМ), предназначенным, в том числе, для обработки информации при управлении снарядами, ракетами в реальном масштабе времени в особо сложных условиях эксплуатации, в экстремальных ситуациях, на борту различных средств передвижения.
Известен ноутбук [1] для жестких условий эксплуатации фирмы GETAG, США (журнал «СТА-современные технологии автоматизации», №3, 2000 г.), являющийся аналогом предлагаемой полезной модели. Он представляет собой ПЭВМ блокнотного типа, корпус которого изготовлен из литого сплава и имеет дополнительные буферы по углам. Ноутбук выполнен в пылевлагозащищенном корпусе и в качестве устройств отображения и ввода информации содержит жидкокристаллический дисплей, клавиатуру с резиновыми клавишами, сенсорную указательную панель. Для стыковки ноутбука с объектом управления используется дополнительное устройство - расширитель.
Недостатком описанной конструкции ПЭВМ является невозможность обеспечения требуемых тепловых режимов системных блоков в течение длительного времени работы в экстремальных условиях, что может повлечь за собой снижение скорости обработки информации и сбои в процессе эксплуатации.
Наиболее близким аналогом, принятый нами за прототип, является ноутбук фирмы ASUS [2] (Портативный компьютер PC. Руководство пользователя, сентябрь 2002 г). Этот компьютер представляет собой ПЭВМ блокнотного типа, корпус которого выполнен в пылебрызгозащищенном исполнении. ПЭВМ содержит корпус с откидной крышкой, где размещены композиционные элементы: жидкокристаллический дисплей, функциональные системные блоки,
панель управления с клавиатурой, интерфейсные блоки, внешние соединители, аккумуляторная батарея.
Для обеспечения требуемых параметров тепловых режимов в ноутбуке фирмы ASUS используются три метода:
1) по достижении верхней границы безопасной области эксплуатации включается вентилятор, обеспечивающий активное охлаждение наиболее тепловыделяющих электронных компонентов;
2) при превышении верхней границы безопасной области эксплуатации снижается скорость процессора, что обеспечивает пассивное охлаждение;
3) при превышении максимальной верхней границы безопасной области эксплуатации система отключается для немедленного охлаждения.
Все вышеприведенные методы охлаждения не обеспечивают высокой надежности функционирования комплекса управляемого вооружения в целом и не могут быть использованы в ПЭВМ при управлении средствами поражения цели или траекторией коррекции положения подвижных малоразмерных объектов управления (управляемых ракет или снарядов) по следующим причинам:
- использование вентилятора для активного охлаждения в ПЭВМ, применяемой в комплексе управляемого вооружения, ведет к значительному расходу энергетических ресурсов аккумуляторной батареи, подзарядка или замена которой может быть затруднительна в полевых условиях, что может привести к невыполнению боевой задачи комплексом управляемого вооружения;
- снижение скорости работы процессора в условиях наведения управляемой ракеты или снаряда на цель недопустима, так как он может не справиться с обработкой большого объема текущей информации и не обеспечить своевременной выдачи необходимых команд на те или иные
элементы или блоки как системы наведения, так и объекта управления, что увеличивает вероятность невыполнения комплексом боевой задачи;
- отключение ПЭВМ во время боевой работы совершенно недопустима, так как может повлечь за собой моментальный срыв управления изделием на траектории и невыполнению комплексом боевой задачи.
Технической задачей полезной модели является повышение надежности работы ПЭВМ в экстремальных условиях эксплуатации систем и комплексов управляемого вооружения.
Решение поставленной задачи обеспечивается следующими предложенными конструктивными решениями.
ПЭВМ, содержащая корпус с откидной крышкой, где размещены композиционные элементы: жидкокристаллический дисплей, электронные функциональные блоки, панель управления с клавиатурой, интерфейсные модули, разъемы внешних соединений, аккумуляторная батарея, причем панель управления выполнена из высокотеплопроводного материала, преимущественно из алюминиевого сплава с конвективным теплообменником, образованным на наружной поверхности рядом выступающих прямоугольных ребер, эквидистантных друг другу и ориентированных вдоль боковых стенок корпуса, а внутренняя поверхность панели выполнена в виде теплового аккумулятора, образованного под ребрами прямоугольным утолщением стенки панели в 1,4÷1,6 раза сплошного в сечении материала. Теплообменник выполнен с коэффициентом увеличения площади рассеивания тепла:
где S0 - общая наружная площадь оребрения панели;
SПЛ - площадь внутренней плоской поверхности, при соотношении толщины ребер к ширине впадины между ними как 1:2.
Предлагаемая конструкция ПЭВМ для решения поставленной задачи приведена на чертежах, где:
фиг.1 - общий вид ПЭВМ с открытой крышкой;
фиг.2 - вид сверху на панель управления ПЭВМ;
фиг.3 - сечение по А-А на фиг.2;
фиг.4 - выров I на фиг 3;
фиг.5 - вид сзади ПЭВМ.
ПЭВМ содержит корпус 1 с открывающейся крышкой 2, где размещены композиционные элементы: жидкокристаллический дисплей 3, панель управления 4 с клавиатурой 5, разъемные внешние соединители 6, аккумуляторная батарея, размещенная во внутреннем отсеке корпуса.
Панель управления выполнена из высокотеплопроводного материала - алюминиевого сплава, закреплена в корпусе 1 винтами 7 по центрирующим выступам 8, снабжена по наружной поверхности 9 рядом сквозных прямоугольных ребер 10 с толщиной m, между которыми выполнены впадины 11 шириной n. При этом обеспечивается соотношение толщины ребер к ширине впадин как 1:2. Внутренняя поверхность 12 панели управления соединена с входящими в состав ПЭВМ функциональными системными блоками 13, выделяющими тепло, а также с корпусом 1, с обеспечением теплового контакта, как механическим поджатием, например винтами 7, так и свободным конвективным путем с внутренним объемом корпуса, заполненным выделяющими тепло блоками. Наружная площадь оребрения S0 выполнена с коэффициентом увеличения площади рассеивания тепла относительно плоской поверхности SПЛ равным (3÷3,5). Прямоугольные ребра 10 ориентированы вдоль боковой стороны ПЭВМ, эквидистантны друг другу, а впадины 11 между ними имеют сквозной выход по периферии.
Внутренняя поверхность 12 панели управления выполнена с тепловым аккумулятором 14, образованным под ребрами 10 прямоугольным утолщением стенки панели управления, высота которого Н в (1,4÷1,6) раза превышает толщину стенки h.
Сущность работы предлагаемого устройства заключается в следующем.
В процессе выполнения боевой задачи оператор открывает крышку 2 ПЭВМ для доступа к панели управления 4 с клавиатурой 5. После включения ПЭВМ электронные функциональные блоки 13 в процессе своей работы начинают интенсивно выделять тепло. Наиболее теплонагруженной из всех составных элементов ПЭВМ окажется панель управления, которая находится в непосредственном тепловом контакте с теми элементами, узлами и блоками, которые выделяют максимальное количества тепловой энергии. При этом работоспособность как каждого из функциональных блоков в отдельности, так и всей ПЭВМ зависит от обеспечения оптимальных параметров температурного режима именно панели управления. Поэтому самым существенным для соблюдения теплового режима работы ПЭВМ является отвод тепла с этой зоны. Достигается это за счет выполнения панели из высокотеплопроводного материала, преимущественно алюминиевого сплава и интенсивного рассеивания тепла. Максимально возможное количество тепла от тепловыделяющих функциональных блоков вбирает в себя аккумулятор тепла 14 в виде прямоугольного утолщения стенки панели. Подобранное экспериментально отношение высоты утолщения Н и толщины стенки h, равное (1,4÷1,6), обеспечивает как аккумуляцию тепла, беспрепятственно поступающего как конвективным путем, так и за счет теплового контакта, обеспеченного механическим поджатием функциональных элементов к панели управления и корпусу ПЭВМ, например, винтами 7 по развитой поверхности центрирующих выступов 8 и опорных поверхностей корпуса. Собранное аккумулятором тепло
беспрепятственно за счет высокой теплопроводимости материала, перетекает на наружную поверхность 9 панели управления. Развитое оребрение наружной поверхности максимально интенсивно рассеивает подводимое тепло в атмосферу. Оребрение, выполненное рядом прямоугольных ребер 10, эквидистантных друг другу и ориентированных вдоль боковой стенки ПЭВМ, позволяет максимально сократить количество застойных зон с нагретым воздухом при любом пространственном положении ПЭВМ. Теплая поверхность панели управления также положительно влияет на работу оператора ПЭВМ в условиях пониженной температуры окружающего воздуха. Экспериментально подобранный для такого теплообменника коэффициент увеличения площади рассеивания тепла К=(3÷3,5), позволяет эффективно стабилизировать тепловой режим работы ПЭВМ во всех условиях эксплуатации комплексов управляемого вооружения. Также подобранное экспериментально соотношение толщины ребер m к ширине впадин n, равное 1:2, обеспечивает оптимальные прочностные характеристики панели управления.
Все приведенные конструктивные решения обеспечили повышение надежности функционирования ПЭВМ за счет стабилизации температурных режимов ее эксплуатации в широком спектре условий боевого применения с комплексами управляемого вооружения.
Предложенное устройство ПЭВМ было изготовлено и прошло испытания с положительным эффектом на производственной базе заявителя.
Источник информации:
1. Ноутбук GETAG, США, журнал «СТА-современные технологии автоматизации», №3, 2000 г. - аналог.
2. Ноутбук фирмы ASUS. Портативный компьютер PC. Руководство пользователя, сентябрь 2002 г. - прототип.
Переносная электронная вычислительная машина, содержащая корпус с откидной крышкой, где размещены композиционные элементы: жидкокристаллический дисплей, электронные функциональные блоки, панель управления с клавиатурой, интерфейсные модули, разъемы внешних соединений, аккумуляторная батарея, отличающаяся тем, что в ней панель управления выполнена из высокотеплопроводного материала, преимущественно из алюминиевого сплава и снабжена конвективным теплообменником, образованным на наружной поверхности рядом выступающих прямоугольных ребер, эквидистантных друг другу и ориентированных вдоль боковых стенок корпуса, а внутренняя поверхность панели выполнена в виде теплового аккумулятора, образованного под ребрами прямоугольным утолщением стенки панели в (1,4÷1,6) раза сплошного в сечении материала, при этом теплообменник выполнен с коэффициентом увеличения площади рассеивания тепла
где S0 - общая наружная площадь оребрения панели;
SПЛ - площадь внутренней плоской поверхности,
при соотношении толщины ребер к ширине впадины между ними как 1:2.
